Einfluss der negativen T-Zell-Kostimulation auf die CD8+ T-Zell-vermittelte Immunantwort in der experimentellen Infektion mit Orientia tsutsugamushi

Abstract

Orientia tsutsugamushi (O. tsutsugamushi) ist ein humanpathogenes intrazelluläres Bakterium, das über Milbenlarven im südostasiatischen Raum übertragen wird und als Auslöser des Tsutsugamushi-Fiebers gilt. Dieses führt, abhängig von dem Bakterienstamm, in bis zu 70 % zum Tod. Bei der Abwehr von O. tsutsugamushi spielt eine massiv aktivierte CD8+ T-Zell-Antwort eine große Rolle, die - wie aus anderen Infektionen bekannt - jedoch negativ reguliert werden muss, um immunpathologische Phänomene zu verhindern. In dieser Arbeit wurde erstmals die Rolle der koinhibitorischen Rezeptoren CTLA-4, PD-1, TIM-3 und LAG-3 auf die T-Zell-vermittelte Immunantwort während einer murinen O. tsutsugamushi Infektion untersucht. Während der experimentellen O. tsutsugamushi Infektion wurden die untersuchten koinhibitorischen Rezeptoren während der akuten Phase der Infektion vermehrt auf CD4+ und CD8+ T-Zellen exprimiert. CTLA-4 war dabei auf CD4+ T-Zellen quantitativ am stärksten vertreten. Bei diesen CTLA-4 produzierenden Zellen handelt es sich jedoch nicht um klassische Foxp3+ Regulatorische T-Zellen, da gezeigt werden konnte, dass diese während der O. tsutsugamushi Infektion abnehmen. Auf CD8+ T-Zellen war TIM-3 der am stärksten vertretene negative Regulator. Während die anderen Regulatoren in der chronischen Phase wieder abnahmen, zeigte PD-1 ein zusätzliches Maximum in der chronischen Phase. Anders als aufgrund der Beobachtungen in anderen Infektionsmodellen zu erwarten, führte eine in vivo Blockade von CTLA-4 während der akuten Phase der O. tsutsugamushi Infektion zu einer massiven Steigerung des CD4+ und einer gleichzeitigen Abnahme des CD8+ T-Zell-Anteils, der zudem einen verminderten aktivierten Phänotyp durch eine reduzierte Expression von KLRG1, CD11a und CD44 aufzeigte. Zudem bedingte die Blockade von CTLA-4 einen Anstieg der Bakterienlast in der Lunge. Auch eine späte Blockade von PD-1 führte zu einer gesteigerten Bakterienlast in der Lunge, verbunden mit einer gesteigerten Zytokinproduktion von IL-2 und IFNγ durch T-Zellen. Eine kombinierte Blockade von PD-1, TIM-3 und LAG-3 hatte keinen Einfluss auf die T-Effektorantwort sowie die Bakterienlast in der Lunge. Interessanterweise konnte im Zusammenhang mit der erhöhten Bakterienlast nach der frühen CTLA-4 bzw. der späten PD-1 Blockade eine erhöhte Produktion des anti-inflammatorischen Zytokins IL-10 gezeigt werden, die bei der unveränderten Bakterienlast nach der kombinierten Blockade nicht nachzuweisen war. Die Daten dieser Arbeit weisen darauf hin, dass CTLA-4 und PD-1 während der O. tsutsugamushi Infektion nicht hauptsächlich die Effektorantwort inhibieren, sondern einen inhibitorischen Einfluss auf die regulatorischen Mechanismen der T-Zell-Antwort zu haben scheinen, wobei es sich um einen bislang nicht beschriebenen Effekt handelt. Dieser hat zur Folge, dass sich die Effektorantwort und der Verlauf der antibakteriellen Abwehr durch die Blockade der negativen Kostimulation nicht verbessert, sondern - zumindest temporär - verschlechtert.

Orientia tsutsugamushi (O. tsutsugamushi) is a human pathogenic obligatory intracellular bacterium that is transmitted via mite larvae mainly in southeast asia and is said to be responsible for the febrile disease, named scub typhus. Untreated scrub typhus leads to death in up to 70 % of cases, depending on the O. tsutsugamushi strain. To control O. tsutsugamushi a strong activated CD8+ T cell response is necessary. But, related to other infection models, the T cell response has also be negatively regulated to prevent immunopathological effects. So far little is known about the coinhibition during an infection with O. tsutsugamushi. During this thesis the role of the costimulatory receptors CTLA-4, PD-1, TIM-3 and LAG-3 during the T cell mediated immune response was analyzed during a murine infection with O. tsutsugamushi for the first time. After an infection with O. tsutsugamushi the analyzed coinhibitory molecules were increased on CD8+ and CD4+ T cells during the acute phase of the disease. Thereby CTLA-4 was the most prominent marker on CD4+ T cells. Due to the decrease of CTLA-4+Foxp3+ Tregs during the infection with O. tsutsugamushi this CTLA-4 expressing cells are no classical Tregs. On CD8+ T cells TIM-3 was the most prominent coinhibitor. While a decrease of the other coinhibitory receptors during the chronic phase could be observed, PD-1 showed a two-phase expression with an additional peak during the chronic phase of the disease. In other infection models a blockade of coinhibitory receptors led to an increased T cell immune response and a reduced pathogen burden. However an in vivo blockade of CTLA-4 during the acute phase of the O. tsutsugamushi infection caused an increase of CD4+ and a decrease of CD8+ T cells, that showed moreover a less activated phenotype with a decreased expression of KLRG1, CD11a and CD44. In addition there was an increased bacteria load observed in the lung. Also a blockade of PD-1 during the chronic phase of the disease led to an increased bacteria load in the lung associated with an increased cytokine production of IL-2 and IFNγ by T cells. A combined blockade of PD-1, TIM-3 and LAG-3 didn’t have an influence on the T effector response or the bacteria load. Interestingly, there was a correlation of the bacteria load after the early CTLA-4 and the late PD-1 blockade with the production of the anti-inflammatory cytokine IL-10, which wasn’t seen after a combined blockade. The data show that CTLA-4 and PD-1 are not the main inhibitors of the T effector response, but may have an inhibitory effect on coinhibitory mechanisms. This doesn’t result in an improvement of the effector response and the bacterial clearance after a blockade of the coinhibitors, but - at least temporary- in an impairment.